專利名稱：用于構(gòu)筑組織陣列的儀器的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)單、牢固而精確的用于構(gòu)筑組織陣列的儀器。此儀器可以手工地或自動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
某些癌癥病人對(duì)一種具體的癌癥療法或綜合療法有良好的響應(yīng)，而其它病人卻對(duì)這種療法沒有響應(yīng)，但對(duì)別的不同的治療方法卻有響應(yīng)。國家衛(wèi)生學(xué)院(NIH)的國家人類基因組研究所(NHGRI)的科學(xué)家和芬蘭Tampere大學(xué)及瑞士Basel大學(xué)正在合作開發(fā)一種他們稱作“組織芯片”的新的研究工具。他們希望這種工具最終會(huì)幫助他們學(xué)會(huì)如何在癌癥病人的幾個(gè)亞型之間進(jìn)行區(qū)別，并且最終來預(yù)測(cè)哪些亞型會(huì)對(duì)特定的療法產(chǎn)生響應(yīng)。他們相信組織芯片技術(shù)還會(huì)幫助他們闡明癌癥的發(fā)展過程。這種詳細(xì)的新信息可以用來確定癌癥療法開發(fā)中的關(guān)鍵因素。
組織芯片是組織微陣列的一個(gè)薄片段，它可以讓研究人員對(duì)生物樣品進(jìn)行大規(guī)模的平行處理，使他們有可能對(duì)來自成千上百癌癥患者身上的癌組織中的大量分子標(biāo)記—DNA、RNA、和蛋白質(zhì)—進(jìn)行同期對(duì)比。人們可以通過一個(gè)腫瘤組織微陣列對(duì)多達(dá)1,000個(gè)來自獨(dú)立腫瘤組織的活檢樣品進(jìn)行研究。因此，組織芯片使人們有可能對(duì)幾千個(gè)患者的組織樣品進(jìn)行同期測(cè)試，而這些樣品用常規(guī)方法的話一次只能作一個(gè)樣品的病理學(xué)實(shí)驗(yàn)分析。人們期待著這項(xiàng)技術(shù)能夠加速許多領(lǐng)域的研究工作，包括對(duì)最新的孤立基因(isolated genes)的測(cè)試以確定它們能否作為分子癌標(biāo)記物(molecular cancer markers)而應(yīng)用到臨床上。
在一項(xiàng)關(guān)于乳腺癌組織微陣列的研究中(“Tissue microarrays forhigh-throughput molecular profiling of tumor specimens”，Kononen等人，Nature Medicine Vol.4，No. 7 July 1998，pp.844-847)，研究人員對(duì)預(yù)計(jì)在乳腺癌中起作用的p53及雌激素基因的六個(gè)基因增殖及表達(dá)進(jìn)行了分析。他們使用了癌的敏感性位點(diǎn)研究中的等位基因(genotyping)、用于復(fù)制數(shù)改變(copy number alterations)的比較基因組雜化(CGH)、用于基因表達(dá)檢查的cDNA微陣列技術(shù)、以及新近發(fā)現(xiàn)的乳腺癌中的類固醇受體共活化劑AIBI的增殖、和復(fù)發(fā)性激素非感受型前列腺癌中的雄激素受體(AR)基因的增殖。
每個(gè)微陣列是一個(gè)塊體，其中可能包括1,000個(gè)獨(dú)立的臨床活檢組織或“芯”。每個(gè)微陣列可以用常規(guī)手段(亦即，切片機(jī)等)切成連貫的200片5微米厚的薄片。這200個(gè)幾乎相同的片段(組織芯片)中的每一片都被用來制作一個(gè)普通的顯微鏡切片。這200個(gè)顯微鏡切片中的每一片都含有同一個(gè)矩陣，而每個(gè)活檢組織或“芯”則相當(dāng)于該矩陣中相同位置上的一個(gè)很小的點(diǎn)，于是便可以對(duì)同一組樣品的幾百個(gè)分子標(biāo)記物快速地進(jìn)行分析。這些微陣列片段提供了陣列中每個(gè)樣品用來進(jìn)行DNA、RNA以及蛋白質(zhì)平行原位檢測(cè)的靶標(biāo)，并且由于這些片段是連貫的因此可以對(duì)同一組樣品的幾百個(gè)分子標(biāo)記物快速地進(jìn)行分析。在Kononen等人的研究中，組織芯片使它們可以以約一周的時(shí)間來完成常規(guī)方法需要6到12個(gè)月才能完成的工作。
可以預(yù)料，在對(duì)保存于全世界病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的幾千個(gè)腫瘤組織樣品進(jìn)行分析時(shí)，組織芯片會(huì)是特別有用的。在以前，對(duì)幾百個(gè)分子標(biāo)記物的分析要分時(shí)段地進(jìn)行操作，因此想要對(duì)幾千份編檔保存的腫瘤組織樣品進(jìn)行分析被認(rèn)為是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，病理學(xué)家可以用組織芯片技術(shù)將現(xiàn)有檔案中的樣品轉(zhuǎn)變成腫瘤陣列，僅僅需要幾次實(shí)驗(yàn)便可對(duì)整個(gè)檔案進(jìn)行分析。病理學(xué)家還可將現(xiàn)有抗癌藥物臨床試驗(yàn)檔案中的組織樣品組成陣列，尋找諸如一種基因表達(dá)模型或組織中的一組基因改變等標(biāo)記物，該標(biāo)記物是與試驗(yàn)中的一種特定的參與物是否對(duì)治療有所響應(yīng)有關(guān)的。
雖然組織芯片可以顯著地加快檢定過程，但也帶來一個(gè)新的挑戰(zhàn)——為了從供體組織手工地摘取樣品并將其組成組織陣列這就需要投入大量的時(shí)間和勞力(“The multitumor(sausage)tissue blocknovelmethod for immunohistochemical antibody testing”，BattiforaH.，Laboratory Investigation Vol.55，pp.244-248，1986)。
授予Battifora的題為“Multi-specimen tissue block andslides”的美國專利4,820,504中教導(dǎo)了一種制備多樣品組織塊體及其切片的方法，該方法包括將許多不同抗原反應(yīng)的組織樣品形成許多橫截面積相對(duì)較小而長度相對(duì)較大的桿條；將這些桿條基本上平行地捆扎起來；將這些桿條包在一個(gè)盒中；將包好的桿條埋入一種嵌入介質(zhì)中以形成一個(gè)組織塊，其中桿條要垂直于組織塊的表面；將組織塊切成片，其中每個(gè)片都要包含有每個(gè)桿條的橫截面。這種方法雖然可以將許多樣品布置在一個(gè)緊湊的區(qū)域內(nèi)，但是很難或者根本不可能追蹤各個(gè)樣品在各個(gè)片段中的位置。
授予Battifora的題為“Multi-specimen slides forimmunohistologic Procedures”的美國專利5,002,377針對(duì)上述追蹤識(shí)別問題而教導(dǎo)了一個(gè)制作切片的工藝，該切片中載有相互間隔開的樣品片段的陣列。該工藝包括(1)將至少一個(gè)樣品切割成許多窄條；(2)將這許多樣品條分成幾組；(3)將各組中的樣品條間隔地布置在一個(gè)模具的平行溝槽內(nèi)；(4)將位于模具內(nèi)的樣品條埋入第一嵌入介質(zhì)中以形成一個(gè)構(gòu)件，該構(gòu)件包括一個(gè)基片，該基片具有對(duì)置的第一及第二表面，第一表面基本上是一個(gè)平面，而第二表面上具有一些突肋，突肋中包括有延伸在上面的樣品條；(5)形成一個(gè)由許多元件構(gòu)成的堆疊物，每個(gè)元件相當(dāng)于所述構(gòu)件，上一個(gè)構(gòu)件的帶突肋的第二表面緊靠著下一個(gè)構(gòu)件的基本為平面的第一表面；而突肋之間的空間確定用來容納流體的通道；(6)將此堆疊物埋入第二嵌入介質(zhì)中以形成一個(gè)塊體，該塊體中埋有一個(gè)由平行樣品條間隔地排列成的陣列；其中樣品條排列成這樣，塊體的每個(gè)片段都包括由所埋入的每個(gè)樣品條的橫截面間隔地組成的陣列；(7)將塊體切成片，每片都要包括由所埋入的每個(gè)樣品條的橫截面間隔地組成的陣列；(8)將這種塊體的至少一個(gè)片段裝到滑片上。盡管這種方法將組織樣品形成一個(gè)可以跟蹤各個(gè)樣品位置的網(wǎng)格圖形，但此方法十分費(fèi)時(shí)。另外，此方法不適用于將取自幾百個(gè)獨(dú)立供體的幾百個(gè)芯樣品組裝成單個(gè)的陣列。
已經(jīng)開發(fā)了一種更新的技術(shù)，其中生物組織陣列(行和列)都是由生物組織芯以簡(jiǎn)單的方法來構(gòu)成的。各個(gè)芯都是先從獨(dú)立供體的組織樣品上沖切下來，然后將它們埋到一個(gè)可切片的塊體上的專門的網(wǎng)格坐標(biāo)內(nèi)，該可切片塊體通常用供體組織所用的嵌入材料制成。這種技術(shù)所用的工藝設(shè)備包括兩個(gè)空心的針狀沖頭一個(gè)是尺寸較小一些的“受體沖頭”，用于在受體塊上打出一個(gè)小孔，受體塊通常以石蠟或其它嵌入介質(zhì)制成；另一個(gè)是尺寸較大一些的“供體沖頭”，用于從所感興趣的經(jīng)過嵌入的生物組織供體塊上獲取芯樣品。兩個(gè)沖頭的尺寸設(shè)計(jì)成這樣，從供體塊上取得的樣品(以及對(duì)應(yīng)的供體沖頭的內(nèi)徑)正好與受體塊上所打的小孔(以及對(duì)應(yīng)的受體沖頭的外徑)相配裝。這樣，樣品便能緊貼在受體塊內(nèi)，并且能夠制得一個(gè)精確的陣列。如果要制作一個(gè)包含多種樣品的陣列，那么在制作過程中不管是受體塊還是供體塊都可以按照需要隨時(shí)取下，并用一個(gè)或多個(gè)其它的供體塊或受體塊來替代。用千分尺驅(qū)動(dòng)裝置或其它精密的直線位移裝置來將沖頭組件定位在應(yīng)有的相對(duì)于受體塊的位置上或是將受體塊定位在應(yīng)有的相對(duì)于沖頭組件的位置上。
盡管只要有時(shí)間、耐心和技術(shù)，總有可能使用現(xiàn)有的儀器設(shè)備制作出上面所述組織陣列，但可明顯的看出這些儀器設(shè)備需要改進(jìn)。首先，現(xiàn)有的儀器上要用滑片和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將受體沖頭，也可選擇為供體沖頭，移動(dòng)到位置上，這是一項(xiàng)繁重、費(fèi)錢、費(fèi)時(shí)并易于產(chǎn)生錯(cuò)位的工作。顯然，對(duì)于千分尺驅(qū)動(dòng)裝置的每個(gè)給定的置位，供體沖頭必須精確地到達(dá)受體沖頭所曾到達(dá)的相對(duì)于受體塊的相同位置上。如果做不到這一點(diǎn)，那么從供體塊上取得的樣品將不能平滑地進(jìn)入受體塊上剛才為它而打的小孔中，而是將被損壞或丟失。
這種手工方法已經(jīng)在很大程度上通過儀器輔助方法所替代，后者在速度、精度和樣品分布密度等方面都優(yōu)于前者。至少曾經(jīng)提出過一種半自動(dòng)系統(tǒng)，但是未能得到實(shí)現(xiàn)。該半自動(dòng)系統(tǒng)裝有一個(gè)上下(沿Z軸)移動(dòng)的沖頭座。沖頭座的中央設(shè)有一個(gè)通管針驅(qū)動(dòng)裝置和一根通管針。在通管針的一側(cè)設(shè)有一個(gè)傾斜的受體沖頭驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置包括一個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頂桿，頂桿的遠(yuǎn)端上帶有一個(gè)管形的受體沖頭。在通管針的另一側(cè)設(shè)有一個(gè)傾斜的供體沖頭驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置包括一個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頂桿，頂桿的遠(yuǎn)端上帶有一個(gè)管形的供體沖頭。
操作時(shí)，首先將一個(gè)組織陣列塊放置在沖頭座的下方，伸出受體沖頭直至其到達(dá)通管針下方，落下沖頭座(包括伸出的受體沖頭、縮進(jìn)的通管針、及縮進(jìn)的供體沖頭)以從石蠟的組織陣列塊上切下一個(gè)受體芯。然后抬起沖頭座，將一個(gè)廢棄的容器放到伸出的受體沖頭下方，并且向下伸出通管針使其進(jìn)入受體沖頭并將石蠟芯從孔中推出。然后縮回通管針，并隨后縮回受體沖頭。接著，將一個(gè)供體塊放到?jīng)_具的下方，并且伸出供體沖頭直至其到達(dá)受體沖頭原先所占據(jù)的位置上。隨后沖具下降，供體沖頭從供體塊上切割下一個(gè)樣品芯。然后升起沖具，并將受體塊放到?jīng)_具下方。隨后落下沖具直至供體沖頭到達(dá)空的接受孔的上方，接著，通管針伸到供體沖頭內(nèi)將樣品芯推入接受孔。以上步驟重復(fù)進(jìn)行幾百次以形成一個(gè)組織陣列塊。
然而，這種設(shè)備有幾個(gè)缺點(diǎn)第一，由于只有一根通管針，并且該通管針的外徑尺寸設(shè)計(jì)成要和沖頭的內(nèi)徑適配，因此這種儀器所使用的兩種沖頭的內(nèi)徑必須相同(因此外徑也必須相同)。但是針狀的供體沖頭及受體沖頭的尺寸通常是不同的，因此這種儀器不適合用來制作微型陣列。第二，為了制作一個(gè)組織陣列，每個(gè)芯都需要進(jìn)行的打孔和插置工步，這兩個(gè)工步需要重復(fù)1,000次之多，而每個(gè)工步都可能導(dǎo)入操作誤差，為此就必須減少工步數(shù)。第三，由于一根通管針要與兩個(gè)不同的沖頭發(fā)生關(guān)系，這就要求這兩個(gè)沖頭在伸出狀態(tài)下的位置都必須準(zhǔn)確地位于通管針下方以及供體塊或受體塊上的靶位的上方。但實(shí)際上當(dāng)沖頭位于通管針下方時(shí)正是其處于完全伸出的狀態(tài)下，這就意味著沖頭正處于結(jié)構(gòu)上的薄弱狀態(tài)，并且任何安裝誤差或游隙也會(huì)因?yàn)樯斐鲩L度大而得到放大，定位誤差會(huì)加大。而沖頭位置的任何不準(zhǔn)直都可能導(dǎo)致通管針的損壞和/或妨礙合適地將供體芯樣品植入受體塊內(nèi)。另一個(gè)缺點(diǎn)是該設(shè)備不能對(duì)沖頭和通管針之間的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整。還有一個(gè)缺點(diǎn)是該設(shè)備上需要有三個(gè)致動(dòng)裝置，一個(gè)用于伸縮通管針，一個(gè)用于供體沖頭，且一個(gè)用于受體沖頭。隨著運(yùn)動(dòng)部分?jǐn)?shù)目的增加，設(shè)備失效的可能性也增加。最后，沖頭的操作是不符合工效學(xué)原理或不合乎直覺邏輯的，因此操作者出現(xiàn)失誤的可能性較大。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備可以毫不費(fèi)力地并且可靠地依次對(duì)多個(gè)沖頭進(jìn)行準(zhǔn)確定位。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種手動(dòng)操作儀器，其中沖頭的定位及其打孔動(dòng)作是易于用手來致動(dòng)的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種儀器，該儀器用于半自動(dòng)或自動(dòng)地構(gòu)筑組織陣列。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是克服先前技術(shù)中所存在的工作繁重性及不準(zhǔn)確性，并且在一種組織微陣列構(gòu)筑儀器中提供了一種簡(jiǎn)單的交替地對(duì)兩個(gè)針狀沖頭進(jìn)行準(zhǔn)確定位的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人對(duì)組織陣列構(gòu)筑過程中的各個(gè)步驟進(jìn)行了分析，并對(duì)先前技術(shù)器件所存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并且隨之進(jìn)行了一系列的樣機(jī)試驗(yàn)，從而開發(fā)出一種儀器，該儀器克服了上述的各種缺點(diǎn)。
本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)單、牢固而準(zhǔn)確的儀器，該儀器是用來構(gòu)筑組織陣列的。該儀器可以手動(dòng)或自動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
該儀器包括一個(gè)沖頭座托架，該托架可以在Z軸方向上位移；一個(gè)沖頭座，該沖頭座安裝在所述沖頭座托架上，并至少可以在相對(duì)與所述沖頭座托架的第一及第二位置之間位移，所述位置由掣子來準(zhǔn)確地確定；至少第一及第二沖頭單元，這些沖頭單元安裝在所述沖頭座上，每個(gè)沖頭單元包括一個(gè)沖頭和一個(gè)與它協(xié)同動(dòng)作的通管針；用于夾持受體塊的裝置；用于在X軸及Y軸方向上將所述受體塊和沖頭座彼此相對(duì)的有選擇的重新定位的裝置；用于對(duì)所述受體塊和沖頭座托架在Z軸方向彼此相對(duì)的導(dǎo)向的裝置，該導(dǎo)向?qū)Χ咧械闹辽僖粋€(gè)來實(shí)施；其中所述第一沖頭單元包括一個(gè)受體沖頭和與之相關(guān)的通管針，而所述第二沖頭單元包括一個(gè)供體沖頭和與之相關(guān)的通管針，所述供體沖頭具有一個(gè)與所述受體沖頭的外徑對(duì)應(yīng)的內(nèi)徑；其中，當(dāng)所述沖頭座位于所述第一位置時(shí)所述受體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)，而當(dāng)所述沖頭座位于所述第二位置時(shí)所述供體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)。
沖頭座可以以任何方式安裝在沖頭座托架上，以使沖頭座至少可以在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間位移。例如，沖頭座可以繞著一條水平軸線(X軸)樞轉(zhuǎn)，而沖頭可以徑向地從轉(zhuǎn)動(dòng)軸線向外伸出(轉(zhuǎn)塔型)。也可以是，沖頭座繞一條垂直軸線(Z軸)樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，而沖頭與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行(物鏡轉(zhuǎn)換器型)。還可以是，沖頭座的軸線介于X軸、Y軸或Z軸之間(例如與之成45°或60°角)，如同轉(zhuǎn)塔車床一樣。另外還可以是，沖頭沿著一條水平導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)(滑動(dòng)型)。最后還可以是，沖頭沿著一條彎曲的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，這樣就兼有轉(zhuǎn)塔型和滑動(dòng)型的某些特性。
該儀器的一項(xiàng)重要特性是設(shè)有機(jī)械掣子或擋塊來阻擋沖頭座的運(yùn)動(dòng)以使其處于精確確定的位置上。這項(xiàng)措施與常規(guī)的精密直線定位裝置相比大大的節(jié)約了時(shí)間并提高了定位精度。無論是通過手動(dòng)或自動(dòng)裝置，只要簡(jiǎn)單地將沖頭座從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置，或者相反，精確的位置便由掣子或擋塊來確定，無論哪個(gè)沖頭都能迅速地進(jìn)入其應(yīng)有位置，這使其得該設(shè)備能夠迅速地從一個(gè)沖頭轉(zhuǎn)換到另一個(gè)沖頭。
儀器上可以設(shè)有一個(gè)裝置，用于相對(duì)于任何一個(gè)掣子或擋塊對(duì)沖頭座行程的限制進(jìn)行調(diào)整。
當(dāng)然，沖頭的轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)軸線也沒有必要非是X軸、Y軸或Z軸不可；所必須的僅僅是一個(gè)沖頭要由另一個(gè)沖頭來替代，以及進(jìn)入工作位置的沖頭必須對(duì)準(zhǔn)沖孔軸(Z軸)。軸承或滑座以及確定沖頭座的運(yùn)動(dòng)路徑和范圍的擋塊或掣子是與儀器質(zhì)量相關(guān)的因素，這些元件的作用為防止兩個(gè)沖頭出現(xiàn)任何不符合要求的運(yùn)動(dòng)或顫動(dòng)，保證兩個(gè)沖頭能交替地進(jìn)入相同的準(zhǔn)確位置上。
用于對(duì)所述受體塊和沖頭座彼此相對(duì)在X軸及Y軸方向上有選擇的重新定位的裝置可以是滑座和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或千分尺驅(qū)動(dòng)裝置。
可以用一個(gè)活動(dòng)的橋形板將供體塊支撐在受體塊的上方，或者相反。這樣就可以將受體塊保持對(duì)準(zhǔn)，而使用X軸和Y軸方向定位裝置重新定位受體塊的必要性降至最低。
儀器可以是完全由手工來操作的、半自動(dòng)的或全自動(dòng)的，可以設(shè)有諸如電磁、液壓或氣動(dòng)等致動(dòng)裝置使所述構(gòu)件在所述第一及第二位置之間樞轉(zhuǎn)。
該儀器中構(gòu)成本發(fā)明改進(jìn)的其余部分可以和先前技術(shù)一節(jié)已經(jīng)敘述過的內(nèi)容相似。例如，可以用千分尺驅(qū)動(dòng)裝置來定位沖孔機(jī)構(gòu)在X軸、Y軸方向上相對(duì)于塊體的位置，或者定位塊體在X軸、Y軸方向上相對(duì)于沖頭座的位置。
本儀器有可能并通常也要求裝有一個(gè)布置為扭動(dòng)構(gòu)形的彈簧，以將樞轉(zhuǎn)部件牢固地保持在行程的一端或另一端。這樣，兩個(gè)沖頭中的一個(gè)會(huì)被所述彈簧可靠地保持在第一位置上，然而用手或其它動(dòng)力作用的適當(dāng)?shù)牧墒乖摌修D(zhuǎn)部件樞轉(zhuǎn)到第二位置上。操作者在控制沖頭運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)無意中對(duì)其施加力，這種較小的力將不會(huì)改變沖頭的橫向位置。備選的是，可以用彈簧力或重力裝置將樞轉(zhuǎn)的沖頭座僅僅向所述第一端和第二端位置中的一個(gè)位置偏置，而用超過彈簧力的電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓的致動(dòng)驅(qū)使它朝另一個(gè)位置樞轉(zhuǎn)。
這樣，本發(fā)明提供了一個(gè)裝置，該裝置能夠非常牢固而準(zhǔn)確地將受體塊或供體塊固定起來，同時(shí)又允許操作者可以容易地將它取下并對(duì)它或另一個(gè)塊體進(jìn)行重新定位。在儀器的底板上永久性地固定了一個(gè)或多個(gè)磁性體以及設(shè)置固定到該底板上的側(cè)向位置擋塊或擋邊，在受體塊夾具的底部固定一個(gè)鐵磁性平板，這樣就可以通過磁力的方法來提供所述功能。
符合本發(fā)明的儀器是既簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確又易于調(diào)整、校準(zhǔn)和使用。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，將對(duì)本發(fā)明的上述目的及其它目的、特性及優(yōu)點(diǎn)有更清楚的了解。附圖中圖1為本發(fā)明儀器的第一實(shí)施例(樞轉(zhuǎn)型)從操作者的角度觀察時(shí)的等軸局部剖切透視圖；圖2a到圖2e所示為受體沖頭在受體塊中形成一個(gè)圓柱形孔的各個(gè)步驟；圖3為本發(fā)明儀器的第二實(shí)施例(滑動(dòng)型)的透視圖； 和圖4為一個(gè)側(cè)視的局部示意性附圖，其中表示一個(gè)用來替代固體通管針的氣壓系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單、牢固而準(zhǔn)確的用來構(gòu)筑組織陣列的儀器。將幾百個(gè)樣品裝配在一個(gè)可切片的塊體中的嵌入有生物組織的芯的有序陣列中是一項(xiàng)繁重的任務(wù)，使用本發(fā)明的儀器能夠?qū)?shí)施這一任務(wù)的時(shí)間和勞動(dòng)力減少并降低其復(fù)雜性。
構(gòu)筑這樣的陣列是通過使用一個(gè)空心的最好是針狀的共體沖頭在一系列共體組織上每次取下一個(gè)樣品，并且將各個(gè)樣品依次放入受體材料上的一個(gè)用受體沖頭制作的與樣品的形狀互補(bǔ)的接受孔中，這樣就在受體塊中形成了一個(gè)組織陣列。每個(gè)沖頭包括一個(gè)沖頭管以及一根在該沖頭管內(nèi)導(dǎo)向的相關(guān)的通管針。該通管針的外徑接近于供體沖頭的內(nèi)徑，且其尺寸確定成可以在沖頭管內(nèi)滑動(dòng)。重復(fù)這些步驟，包括在如石蠟等受體材料上形成一個(gè)小孔、從供體樣品上取下一個(gè)組織樣品以及將該樣品植入受體材料的小孔內(nèi)，直至在受體材料中形成一個(gè)包括幾百個(gè)按指定位置排列的組織樣品的組織陣列。
從供體組織樣品上沖下的樣品最好是一個(gè)長度約1到8毫米，直徑約0.4到4.0毫米，最好為約0.3到2.0毫米的圓柱體。受體沖頭比供體沖頭稍小些并在一般為石蠟或其它嵌入介質(zhì)制作的受體塊上形成小孔。兩種沖頭的尺寸設(shè)計(jì)成，使得從供體塊上得到的樣品正好能和在受體塊上形成的小孔配裝。這樣，樣品恰好緊密配裝在受體塊中并形成一個(gè)精密的陣列。
在制作過程中供體塊和/或受體塊可以在一個(gè)適用的夾具中交替地取下和替換，或者供體塊和受體塊中的一個(gè)或兩個(gè)都可以在所指定的供體夾具和受體夾具中保持就位，而兩個(gè)夾具中的一個(gè)是可以通過例如使夾具繞著一個(gè)垂直樞軸樞轉(zhuǎn)從沖頭的工作位置上移開的。另外，供體塊或受體塊可以取下來并輪流換上一個(gè)或多個(gè)其它的供體塊或受體塊，以從一組供體塊來制作多個(gè)陣列。此外，其中的一個(gè)或多個(gè)夾具可以設(shè)計(jì)成固定兩個(gè)或多個(gè)供體塊或受體塊，或者固定諸如容器或廢棄的箱子等其它元件，這些元件用于在形成受體的過程中從受體塊上取出的芯。
沖切供體塊的合適點(diǎn)位是用常規(guī)的方法來確定的。例如，可以將一片段供體塊的典型切片(預(yù)計(jì)是埋在整個(gè)供體塊中的組織的典型片段)放在滑片上在顯微鏡下進(jìn)行檢測(cè)，并可以對(duì)目標(biāo)位點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)繪并記錄在例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)中。然后可以對(duì)有用的目標(biāo)位點(diǎn)進(jìn)行選擇，并通過千分尺驅(qū)動(dòng)裝置手動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)或者將該位點(diǎn)的坐標(biāo)輸給一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)的X軸、Y軸定位裝置，在所選出的位置上對(duì)供體塊進(jìn)行沖切。備選的是，如果需要的話，可對(duì)由上述供體塊制成的滑片進(jìn)行染色以顯示出感興趣的構(gòu)造，然后將該滑片疊置在供體塊上，再將供體沖頭對(duì)準(zhǔn)所感興趣的目標(biāo)位點(diǎn)，然后取下該切片并落下沖頭，在選定位置對(duì)的供體塊進(jìn)行沖切。
可以用千分尺驅(qū)動(dòng)裝置或其它的直線位移精密定位裝置相對(duì)受體塊矩陣或陣列對(duì)沖頭組件進(jìn)行重新定位，或者相對(duì)沖頭組件對(duì)受體塊和/或供體塊進(jìn)行重新定位，這種重新定位是按照規(guī)定的增量從一個(gè)位置到下一個(gè)位置依次進(jìn)行的。
十分清楚，希望對(duì)于千分尺驅(qū)動(dòng)裝置的每個(gè)給定的位置，使體沖頭必須精確地到達(dá)受體沖頭到達(dá)受體塊上的相同位置上。另外，希望通過在一個(gè)手工操作的儀器上使這一運(yùn)動(dòng)易于用手來致動(dòng)。這是通過至少將第一及第二沖頭單元設(shè)置在一個(gè)沖頭座上實(shí)現(xiàn)的，該沖頭座安裝在一個(gè)沖頭座托架上并且可以相對(duì)所述沖頭座托架在至少第一及第二位置之間進(jìn)行位移，所述位置是通過掣子或擋塊來準(zhǔn)確地限定的。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，沖頭包括供體沖頭和受體沖頭，這兩個(gè)沖頭安裝在一個(gè)水平或垂直樞轉(zhuǎn)臂上，因此當(dāng)樞轉(zhuǎn)件處于第一位置時(shí)，通過將樞轉(zhuǎn)臂朝待沖切的受體塊運(yùn)動(dòng)便可使受體沖頭進(jìn)入沖切位置；而當(dāng)樞轉(zhuǎn)件處于第二位置時(shí)，將樞轉(zhuǎn)臂朝待沖切的供體塊運(yùn)動(dòng)便可使供體沖頭進(jìn)入沖切位置。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，沖頭座安裝在一個(gè)水平滑板上。在各種情況下，兩種沖頭都可以交替地定位到供體塊或受體塊上方，用于通過沖頭和塊體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(亦即沖頭相對(duì)于塊體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，或塊體相對(duì)于沖頭進(jìn)行運(yùn)動(dòng))來沖孔。
根據(jù)本發(fā)明，至少使用兩個(gè)沖頭，即一個(gè)供體沖頭和一個(gè)受體沖頭；然而也有能夠根據(jù)需要使用三個(gè)或多個(gè)沖頭。例如，有可能設(shè)有三個(gè)沖頭，其中第一沖頭的直徑最小，第三沖頭的直徑最大，而第二沖頭的直徑居中；第一沖頭相對(duì)于第二沖頭來說用作一個(gè)受體沖頭，而第二沖頭相對(duì)于第一沖頭來說是一個(gè)供體沖頭，第三沖頭相對(duì)于第二沖頭來說是一個(gè)供體沖頭，而第二沖頭相對(duì)于第三沖頭來說是一個(gè)受體沖頭。這樣，使得操作者選擇最適宜于具體供體組織形態(tài)的沖頭規(guī)格。
每個(gè)沖頭設(shè)有一個(gè)其自身的通管針，用于清理沖頭內(nèi)的材料。每個(gè)通管針的外徑接近于和它相關(guān)的沖頭的內(nèi)徑但比該沖頭的內(nèi)徑稍小，因此通管針可以在沖頭內(nèi)滑動(dòng)導(dǎo)向。通管針可以是用手工操作的或是以機(jī)械(如卷繞緊發(fā)條)、電氣、電磁、氣動(dòng)或裝置為動(dòng)力的。沖頭的橫截面最好是圓形的，但可以是任何形狀的如橢圓形、正方形、矩形等等。通管針可以是金屬如醫(yī)用不銹鋼，可以是塑料如四氟乙烯包覆的聚氯乙烯，或可以是橡膠材料制成的。通管針可以制成是等截面的，也可以是活塞和活塞桿構(gòu)造的，或是肋狀構(gòu)造的等等。甚至有可能制成一個(gè)氣囊那樣的通管針。還甚至可以用注入泵送的空氣、油料、或水等流體介質(zhì)的方法來執(zhí)行通管針的功能將受體芯和/或供體樣品排出沖頭，而不使用固體的通管針。
在本發(fā)明儀器的另一個(gè)實(shí)施例中，可以不需要將受體塊從受體夾具上取下便能將供體塊放置在供體塊夾具上取出樣品芯的位置。在本發(fā)明中是這樣做到這一點(diǎn)的，例如，可以在剛剛超過受體塊的高度上設(shè)置一個(gè)橋形板，橋形板座放在儀器的底板上。每當(dāng)需要接近受體塊并放入位置以保持供體塊時(shí)該橋形板能夠容易地移開。因此，樞轉(zhuǎn)臂在X軸或Y軸方向上的一個(gè)位移得到?jīng)_頭的操作位置在供體塊和受體塊上的位移。由于供體塊和受體塊都固定在相應(yīng)夾具的位置上，而其中僅有一個(gè)夾具要在樞轉(zhuǎn)入或樞轉(zhuǎn)出工作位置，這實(shí)質(zhì)上保證沖頭能夠保持在供體或受體位置上對(duì)準(zhǔn)，于是能保證定位操作得以快速、容易并且正確地實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。在第一和第二實(shí)施例中相同的元件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注。
圖1半示意性地展示了符合本發(fā)明第一實(shí)施例的儀器的各個(gè)要點(diǎn)。在附圖中，尺寸較小的受體沖頭1是用來在受體塊4中制作孔的。尺寸較大的供體沖頭2的內(nèi)徑與受體沖頭1的外徑對(duì)應(yīng)。供體沖頭2用來從供體塊19獲取芯樣品并將它們植入由受體沖頭1在受體塊4上形成的孔中。帶凹槽的形塊24、25以及壓板41(見圖3)用于將相應(yīng)的沖頭保持在樞轉(zhuǎn)臂26上。樞轉(zhuǎn)臂26通過樞轉(zhuǎn)軸承3可樞轉(zhuǎn)地安裝在豎直的沖頭座或滑座7上?；?可以沿著導(dǎo)軌28作垂直(Z軸線)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌28可在驅(qū)動(dòng)裝置10的控制下在水平滑座8上作前后方向(Y軸線)運(yùn)動(dòng)?；?可在驅(qū)動(dòng)裝置11的控制下在滑座9上作側(cè)向(X軸線)運(yùn)動(dòng)?；?固定在底板6上。
在底板6上還固定有磁性體23，磁性體23將鐵磁性板22保持在相對(duì)于底板6及擋邊或擋塊21及27的位置上。鐵磁性平板22是受體塊夾具5的一部分，受體塊4保持在該夾具上。在受體塊4上可以見到許多排列成X軸-Y軸格柵圖案或矩陣的孔或樣品。于是，夾具5，包括板22及受體塊4既可容易地從底板6上撤除并重新插入到相同位置上，又能牢固地保持在應(yīng)有的位置上。
受體塊4用石蠟或類似的材料制造。各個(gè)接受孔可以是在切取并植入供體樣品之前立刻在受體塊上沖出，也可以是在從供體塊上收集許多樣品之前在受體塊上將格柵圖形的所有接受孔沖出。但是由于含蠟的供體塊的本質(zhì)是屬于無定形的，因此為了保證達(dá)到盡可能高的準(zhǔn)直度，接受孔最好還是在植入供體樣品之前立即沖出。
在圖示的實(shí)施例中，支撐桿13和14永久性地固定在樞轉(zhuǎn)臂26上。兩個(gè)支撐桿上各設(shè)有一個(gè)調(diào)整螺栓15，每個(gè)螺栓和同一個(gè)擋塊12的一相對(duì)的側(cè)邊相接觸，擋塊12相對(duì)滑座7固定，于是不管樞轉(zhuǎn)臂是處于第一還是第二位置時(shí)，擋塊12都將限制樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并確定在第一及第二位置上。調(diào)整螺栓可以對(duì)行程的端部進(jìn)行精確的設(shè)定。在行程的一個(gè)端部，供體沖頭2定位成對(duì)準(zhǔn)受體塊中的一個(gè)特定的小孔(如圖所示)。在行程的另一個(gè)端部，只要X軸、Y軸驅(qū)動(dòng)裝置10及11沒有致動(dòng)過，那么受體沖頭1便能準(zhǔn)確地位于相同的同樣位置之上。
可以用彈簧將樞轉(zhuǎn)臂朝兩個(gè)端部位置中的一個(gè)端部位置偏置，從而激勵(lì)或施加一個(gè)過載的反向力是需要全部用來使樞轉(zhuǎn)臂樞轉(zhuǎn)到另一位置，而所施加的力撤除或停止是需要全部用來使樞轉(zhuǎn)臂樞轉(zhuǎn)回到起始位置。備選的是，該彈簧可以是一個(gè)扭簧，這樣，當(dāng)手動(dòng)地將樞轉(zhuǎn)臂從第一位置樞轉(zhuǎn)到第二位置或者從第二位置樞轉(zhuǎn)到第一位置時(shí)，樞轉(zhuǎn)臂都會(huì)保持在它所在的端部位置。在圖示的實(shí)施例中，從樞轉(zhuǎn)臂26的背后突伸出銷子17，而從滑座7前面突伸出銷子18。一個(gè)處于壓縮狀態(tài)的扭簧16連接兩個(gè)銷子。當(dāng)樞轉(zhuǎn)臂位于其行程的中間位置時(shí)該彈簧所儲(chǔ)存的能量最大，而當(dāng)樞轉(zhuǎn)臂位于行程的兩個(gè)端部的任何一個(gè)端部位置時(shí)彈簧儲(chǔ)存的能量最小。因此，除了為了改變沖頭的位置而施加外力之外，樞轉(zhuǎn)臂總會(huì)保持在兩個(gè)阻擋位置中的一個(gè)上。當(dāng)然，也可以用任何不同的裝置來將樞轉(zhuǎn)臂偏置到端部位置，例如重力、張力彈簧等等。
在圖示的實(shí)施例中，供體組織塊19放在一個(gè)可以撤出的橋形板20上，該橋形板20可以座放在跨越受體塊夾具22的位置上或從這個(gè)位置上自由地移動(dòng)。顯然，供體塊也可以設(shè)置在一個(gè)水平樞轉(zhuǎn)臂上，該樞轉(zhuǎn)臂最好有兩個(gè)樞轉(zhuǎn)接點(diǎn)，這樣，供體塊上的任何一點(diǎn)都可以定位在供體沖頭下。
雖然符合本發(fā)明精神的設(shè)備可以有許多不同的構(gòu)造，它們的操作原理還是和圖1和2所示實(shí)施例相同，其中樞轉(zhuǎn)臂的樞轉(zhuǎn)是手動(dòng)完成的而芯的沖切是自動(dòng)完成的。下面將對(duì)此進(jìn)行非常詳細(xì)的描述。由于受體塊的沖切過程和供體塊的沖切過程相同，因此僅對(duì)受體塊的沖切過程進(jìn)行詳細(xì)的討論。
樣品的轉(zhuǎn)移循環(huán)從操作者將受體沖頭放置到受體塊上方的位置開始，然后使受體沖頭垂直落下進(jìn)入供體塊中以形成一個(gè)小孔。打孔過程開始時(shí)沖頭的頂部先和塊體的表面相接觸，對(duì)于手動(dòng)的方法來說這種接觸是以人的視覺和觸覺來檢測(cè)的。在半自動(dòng)或自動(dòng)的組織陣列構(gòu)筑儀器中，計(jì)算機(jī)或其它控制系統(tǒng)須能檢測(cè)兩種塊體(特別是供體塊)的表面。這些塊體的來源可能各不相同，包括新近制作的、編擋保存的以及來自不同的實(shí)驗(yàn)室或診所的。因此這些塊體的高度范圍可能很廣。甚至對(duì)于在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里同時(shí)制作的所有受體塊來說，由于石蠟材料、模具和冷卻過程等方面的難以預(yù)測(cè)的變化，它們的高度也可能是不同的。
當(dāng)然，在通管針的功能不是由一根固體的桿來行使而是由一種諸如空氣、油料或水等流體介質(zhì)來行使的情況下，對(duì)表面的檢測(cè)將與上述途徑不同，例如，可通過感受背壓的方法來確定沖頭在什么時(shí)候是空的并與一個(gè)表面相接近?？諝鈱?duì)這個(gè)任務(wù)來說是特別適合的，因?yàn)榭諝獾男孤└揪筒皇且粋€(gè)問題，設(shè)備又簡(jiǎn)單而牢固，而且一旦芯或樣品從沖頭中清除出“沖切”便會(huì)停止。這種裝置簡(jiǎn)單地包括，例如，一個(gè)壓縮空氣源52通過閥門51和空氣軟管53連接到任何一個(gè)或兩個(gè)沖頭55的頂部54，同時(shí)在沖頭的附近用空氣軟管53連通一個(gè)壓力傳感器56(見圖4)。
如圖2a所示，受體沖頭2在接觸到受體塊30之前位于受體塊的目標(biāo)位點(diǎn)的上方。由于該儀器在操作中要求沖頭穿透一個(gè)固定的深度或者從塊體的表面算起穿透一個(gè)固定的距離，并且由于塊體與塊體之間其表面高度可能是不同的，且對(duì)一個(gè)不規(guī)則塊體來說甚至同一個(gè)塊體的頂表面中的各點(diǎn)的高度也會(huì)是不同的，因此儀器須能根據(jù)感興趣的部位從頂表面的測(cè)量所需距離來向下移動(dòng)沖頭。因此，儀器必須能夠?qū)K體的頂表面進(jìn)行檢測(cè)。
儀器制造專業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了多種光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)諸如激光二極管三角測(cè)量設(shè)備(例如Dynavision Inc.的SPR-02型及其它的型號(hào))，或構(gòu)筑出了由操作者目視檢測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)(例如Coherent-Ealing目錄中的#31-0458)。二者都是價(jià)格昂貴而體積龐大。二者還都面臨一個(gè)精度不高的問題，因?yàn)楸景l(fā)明可能涉及到石蠟或含有類似蠟的化合物的表面，而這樣的表面是半透明的。于是，由于光線會(huì)從石蠟和嵌入的組織內(nèi)的不同高度處反射或散射，因此使用這些光學(xué)系統(tǒng)便難以得到對(duì)有效表面的準(zhǔn)確顯示。此外，所構(gòu)筑的光學(xué)系統(tǒng)要求操作者進(jìn)行操作介入，這就違背了自動(dòng)化操作的要求。
本發(fā)明用簡(jiǎn)單的方法來解決這個(gè)問題，并利用已經(jīng)存在于沖頭管31內(nèi)的通管針32來作為探頭以感受塊體的表面。通管針制造成當(dāng)沖頭管內(nèi)不存在固體或受體材料而通管針又全程伸出時(shí)，突出沖頭管的底端是固定的并已知的距離。于是，當(dāng)沖頭落到塊體上時(shí)，通管針會(huì)是第一個(gè)和塊體相接觸的元件，如圖2b所示。這時(shí)，通管針在管內(nèi)是自由浮動(dòng)的(亦即，如果使用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的話，則電機(jī)沒有致動(dòng))，因此當(dāng)沖頭管31繼續(xù)向下落時(shí)通管針不會(huì)進(jìn)入塊體30。這時(shí)通管針的頂部會(huì)停留在塊體的表面上而沖頭會(huì)繼續(xù)作相對(duì)于塊體和通管針的向下運(yùn)動(dòng)。也可以同樣的說成是通管針會(huì)作相對(duì)于沖頭管的向上運(yùn)動(dòng)。這一相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以用許多種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確而牢靠的方法來檢測(cè)并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)傳輸?shù)揭慌_(tái)計(jì)算機(jī)或其它控制裝置中(圖中未表示)?？刂蒲b置隨即將這個(gè)信號(hào)記錄下來，由于該信號(hào)和沖頭的現(xiàn)時(shí)位置相對(duì)應(yīng)，于是也就記錄下塊體表面的位置。
雖然光學(xué)的、電磁的、或其它多種裝置都可以用來檢測(cè)這一運(yùn)動(dòng)，一種簡(jiǎn)單的斷續(xù)電路被證明是最有效、牢固而簡(jiǎn)單的裝置，這種裝置非常便宜并且在儀器的窄小區(qū)域中實(shí)際上不占空間。例如，如圖2a-2e所示，通管針32的柄(圖1中未表示)和沖頭管31通常以導(dǎo)電材料如黃銅來制造。在通管針和沖頭管的上端或附近分別設(shè)有徑向凸緣或套筒34及33。在通管針32和通管針凸緣34之間設(shè)有一個(gè)諸如塑料或橡膠套筒那樣的電絕緣體35。沖頭管32通過夾持它的壓板接地，而通管針凸緣連接在一個(gè)柔軟的導(dǎo)線上。當(dāng)然也可以將通管針凸緣接地而將沖頭通電。當(dāng)通管針位于相對(duì)于沖頭管的行程的最低位置時(shí)，沖頭凸緣33和通管針凸緣34處于如圖2a所示的電接觸狀態(tài)。當(dāng)沖頭下落時(shí)，一旦通管針32與塊體的表面相接觸，此凸緣—凸緣的電接觸便斷開，并且向控制器送出(或中斷)信號(hào)，如圖2b所示。計(jì)算機(jī)或控制器(圖中未表示)即將陣列上的這一位點(diǎn)處的表面位置記錄下來，并發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)來使沖頭繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)預(yù)定的距離直至沖頭管31深入塊體30至要求的深度時(shí)止，如圖2c所示。在從塊體上切下的材料進(jìn)入沖頭管的過程中，自由浮動(dòng)的通管針及通管針凸緣繼續(xù)作相對(duì)于沖頭管的向上運(yùn)動(dòng)。
沖頭管31在塊體30中穿透到要求深度時(shí)控制器便發(fā)出一個(gè)信號(hào)并將沖頭(提升包括樞軸軸承3、樞轉(zhuǎn)臂26、以及裝在樞轉(zhuǎn)臂26上的沖頭1、2在內(nèi)的垂直托架或滑座7)提升起來。由于進(jìn)入沖頭管內(nèi)的材料會(huì)從塊體30上脫開并保留在管內(nèi)，沖頭管拔出后受體塊上將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓柱形的小孔36。如果需要的話，為了促使芯材料在沖頭提起之前從塊體上解脫下來，設(shè)有一個(gè)可以來回運(yùn)動(dòng)的擺桿39以保證芯材料完全脫開。
隨后，或是在升起的受體沖頭下方放置一個(gè)廢托盤，或是將受體沖頭樞轉(zhuǎn)到非沖切位置上，在這個(gè)位置上受體沖頭的下方設(shè)有一個(gè)廢托盤，這時(shí)控制器發(fā)出一個(gè)信號(hào)使通管針回到其起始位置上，通管針的尖端從受體沖頭管的端部伸出。當(dāng)通管針移回到其起始位置時(shí)，任何存在于受體沖頭管內(nèi)的東西從管中推出。這時(shí)，通管針凸緣34和沖頭管凸緣33相接觸，向控制器發(fā)出一個(gè)信號(hào)表明通管針已經(jīng)成功地回到起始位置并作好了再次使用準(zhǔn)備。如果通管針在回復(fù)到起始位置的過程中動(dòng)作失敗，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)失敗信號(hào)和/或警報(bào)并自動(dòng)地中斷陣列的構(gòu)筑程序。顯然，由于手動(dòng)地壓下通管針34是一件容易的事情，如果有需要，這一部分操作可以用手來實(shí)施。
如上所述，在樞轉(zhuǎn)臂26上除了受體沖頭2外還設(shè)有一個(gè)供體沖頭1。為了將沖頭更換到準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)的位置上，所需要做的全部動(dòng)作只是手動(dòng)或自動(dòng)地使樞轉(zhuǎn)臂繞著一個(gè)水平軸從一個(gè)端部位置樞轉(zhuǎn)到另一個(gè)端部位置而已，這在本實(shí)施例中就是受體沖頭與供體沖頭一起位移。由于設(shè)有端部擋塊12及扭簧16，這時(shí)操作者只要用手將任何一個(gè)沖頭樞轉(zhuǎn)到和垂直的滑座軸線或Z軸線平行的位置上并且保持在那里。
供體沖頭1的構(gòu)造，除了共體沖頭管的內(nèi)徑尺寸確定為和受體沖頭管的外徑相對(duì)應(yīng)外，其余和受體沖頭相似。
隨后將一個(gè)供體塊19放置到供體沖頭1的下面。為此，可以從夾具5上取下受體塊4并換上供體塊19。備選的是，可以將供體塊設(shè)置在一個(gè)雙樞軸的水平樞轉(zhuǎn)臂上，這樣，塊體上的任何一個(gè)位點(diǎn)都可以容易地調(diào)到供體沖頭的下面。為了易于操作和便于制造，可以將供體塊簡(jiǎn)單地設(shè)在一個(gè)橋形板20上，這個(gè)橋形板20設(shè)計(jì)成可以配裝到受體塊的上方。在供體塊可以不需要準(zhǔn)確地定位的情況下，可以簡(jiǎn)單地將橋形板支撐在夾具5的擋邊或擋塊21和27上以進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。于是供體塊便隨著活動(dòng)橋形板放到應(yīng)有的位置上而置于其頂部上。隨著供體塊的準(zhǔn)確定位，便向控制器發(fā)出一個(gè)信號(hào)，控制器隨即發(fā)出一個(gè)使滑座7下落的信號(hào)，滑座7上包括供體沖頭1。
供體沖頭從供體塊上取出組織樣品芯的方法和受體沖頭從受體塊上取出材料芯的方法相同。供體沖頭作相對(duì)于供體塊的垂直運(yùn)動(dòng)(亦即，沖頭下落或供體塊上升，隨后繼之以一個(gè)反向的動(dòng)作)以從供體塊的感興趣區(qū)域上獲取樣品芯。對(duì)供體沖頭沖切過程所作的控制與上述對(duì)受體沖頭的沖切過程的控制相同。
隨后，撤除橋形板及供體塊，供體沖頭垂直地落下直至剛好位于受體塊小孔的上方。受體塊表面的位置事先已經(jīng)作為受體塊芯孔打孔工步的一部分而測(cè)量并記錄下來。這時(shí)，用通管針將芯樣品從供體沖頭管推入到受體塊的圓柱形小孔內(nèi)。由于這個(gè)過程中供體塊并沒有撤下并更換上，因此供體塊的準(zhǔn)確定位是得到保證的。
至此，組織陣列構(gòu)筑進(jìn)程中的一個(gè)循環(huán)已經(jīng)完成。下一個(gè)循環(huán)從再一次確定沖頭對(duì)供體塊的相對(duì)位置來開始。通過手動(dòng)的千分尺驅(qū)動(dòng)裝置來重新精細(xì)設(shè)置樞轉(zhuǎn)臂以及裝在樞轉(zhuǎn)臂上的沖頭在X軸、Y軸方向上對(duì)受體塊的相對(duì)位置，該受體塊是通過磁性體可拆地固定在底板上的。當(dāng)側(cè)向位置通過驅(qū)動(dòng)裝置10和/或11按照一個(gè)增量轉(zhuǎn)到下一個(gè)位點(diǎn)時(shí)便可開始下一個(gè)循環(huán)。
在本儀器上可以進(jìn)行任何順序的供體塊或受體塊的置換操作，可以得到需要的任何復(fù)合構(gòu)造的組織陣列。為此，可以在儀器上設(shè)置一個(gè)加長的托盤來放置多個(gè)供體塊或受體塊。
用來控制儀器的定位及動(dòng)作的計(jì)算機(jī)程序及控制器都是公知的，因此不需在這里詳述。這方面的內(nèi)容可以參考授予Laine等人的題為“XYZPositioner”的美國專利No。4,979,093；授予Yasenchak等人的題為“Six-Axis Manipulator”的美國專利No.3,665,148；授予DeMoranville等人的題為“Clinical Laboratory Work-Flow Systemwhich Semi-Automates Val idated Immunoassay and ElectrophoresisProtocols”的美國專利No.5,355,304；授予Minucciani等人的題為“Dimensional Measurement System Served by a Pleurality ofOperating Arms and Controlled by a Computer System”的美國專利No.4,484,293；以及授予Bernstein的題為“Method and Apparatusfor Automated Tissue Assay”的美國專利No.5,567,715和5,355,439。
當(dāng)所需數(shù)目的組織樣品從一個(gè)或多個(gè)供體塊移值到受體塊上后，便可用常規(guī)的手段(例如日本東京Olympus公司生產(chǎn)的Cut 4055 型切片機(jī)；見例如美國專利Nos.664,118；2,292,973；2,680,992；3,420,130；3,440,913；3,496,819；3,799,029；及3,975,977)將該組織陣列塊切成幾百片順序的薄片，每片的厚度為如5微米，以得到許多幾乎相同的切片。該切片中的每個(gè)供體芯代表普通顯微鏡載玻片上的一個(gè)微小的位點(diǎn)。于是便可以在這些供體樣品上進(jìn)行各種分析，包括免疫學(xué)分析、核酸雜化分析、以及樣品的臨床病理學(xué)特征分析。
接下來對(duì)圖3所示的本發(fā)明的備選實(shí)施例進(jìn)行描述，圖中用一個(gè)水平的滑座機(jī)構(gòu)來替代圖1中對(duì)沖頭位置進(jìn)行調(diào)整的樞轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)。一個(gè)可滑動(dòng)的沖頭座37可以在滑座38上基本上水平地滑動(dòng)，滑座38固定在垂直滑座7上。雖然圖中展示的沖頭座37是在X軸方向上滑動(dòng)，但是也可以安排成在Y軸方向或其它任何水平的方向上滑動(dòng)?；?的作用與圖1中的實(shí)施例一樣是使沖頭產(chǎn)生垂直方向的運(yùn)動(dòng)。X軸向和Y軸向滑座9和8及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置11和10的作用與圖1實(shí)施例中相同，而滑座9與底座或底板6相連接。受體塊4及相關(guān)的其它元件5、22、21和27同圖1所示。
滑動(dòng)的沖頭座37可向任何一側(cè)滑動(dòng)直至裝在支架13和14上的可調(diào)整擋塊15和滑座7上的零件或與滑座7相連的零件相接觸為止。可以設(shè)置一個(gè)如圖1所示那樣的偏置或扭簧，并手動(dòng)或自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。所用的沖頭組件與圖1所示相同或相似，這些沖頭組件固定在沖頭座37的不同位置上。應(yīng)當(dāng)注意的是沖頭座上固定的沖頭組件可以多于兩個(gè)。這些沖頭組件上可以固定，例如，由操作者或控制器選定的不同尺寸和形狀的沖切裝置。
兩個(gè)沖頭各用一個(gè)彈簧壓板41來固定。螺栓42通過壓板41并轉(zhuǎn)而將沖頭1和2固定在V形塊24和25中。圖中，沖頭1上的壓板處于分解狀態(tài)而沖頭2上的壓板則為裝配狀態(tài)。每個(gè)沖頭上都具有一個(gè)周向槽45，該槽45和V形塊中的一個(gè)突肋、舌、或銷子(圖中未表示)相嚙合，同時(shí)沖頭可以繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)。(有許多其它的方法可以用來實(shí)施這種垂直方向的定位，諸如沖頭上的周向突肋配合以V形塊中的溝槽、或利用沖頭柄的頂面及底面等)。沖頭柄上連有一個(gè)擺桿39，可以樞轉(zhuǎn)此擺桿來使沖頭繞著其自身的軸線旋轉(zhuǎn)以使供體和受體芯從各自的塊體上解脫下來。
在滑座7上安裝了一個(gè)支架40，支架40上設(shè)有一個(gè)可調(diào)的深度限位螺栓46，當(dāng)螺栓46和導(dǎo)板28的頂端相接觸時(shí)滑座7的垂直運(yùn)動(dòng)便受到阻擋。此深度調(diào)整功能對(duì)于受體塊的手動(dòng)沖切來說特別有用，因?yàn)檫@樣打出來的孔的深度一般都是相同的。
在圖1所示的備選實(shí)施例中設(shè)有一個(gè)橋形板用來在一定的階段中將供體塊調(diào)到其工作位置上。本實(shí)施例與該備選實(shí)施例一樣，在底座6上用樞軸30連接了一個(gè)樞轉(zhuǎn)臂29，樞轉(zhuǎn)臂29上可以放置一個(gè)或多個(gè)供體塊。樞轉(zhuǎn)臂29可以樞轉(zhuǎn)到受體塊及其夾具上方或旁邊的位置上。當(dāng)然，如上所述，該樞轉(zhuǎn)臂或上面的塊體夾具也可以作相對(duì)于沖頭的Z軸方向上運(yùn)動(dòng)，就象沖頭所作的相對(duì)于靜止的塊體夾具或樞轉(zhuǎn)臂的Z軸方向運(yùn)動(dòng)那樣。為了幫助對(duì)供體塊進(jìn)行肉眼觀測(cè)并選擇目標(biāo)的位置，可以用一個(gè)類似的底座來放置一個(gè)相應(yīng)的滑座，或者可以將一個(gè)滑座放在位于供體塊上方的橋形板上。
應(yīng)該理解，本發(fā)明儀器各個(gè)零件之間的最佳尺寸關(guān)系及尺寸改變、零件的材料、形狀、構(gòu)成、功能以及儀器的操作、安裝及使用方法對(duì)專業(yè)人員來說相信是容易弄清楚而且是顯而易見的，并且所有和附圖中所展示的及說明書中所描述的的相互關(guān)系等效的關(guān)系都將包含在本以上內(nèi)容僅是對(duì)本發(fā)明的原理的描述。專業(yè)人員會(huì)容易地對(duì)此作出許多修改和變動(dòng)。以上所作的對(duì)儀器的準(zhǔn)確構(gòu)造及操作的描述不是對(duì)發(fā)明的的限定。所有相適應(yīng)的修改及等效都可能是依靠了本發(fā)明并可能包括在本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用來在一個(gè)受體塊中構(gòu)筑組織陣列的儀器，該儀器包括一個(gè)可以在Z軸方向上位移的沖頭座托架；一個(gè)沖頭座，該沖頭座安裝在所述沖頭座托架上，且至少可以在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間位移，所述位置由掣子或擋塊來準(zhǔn)確地確定；至少第一及第二沖頭單元，其安裝在所述沖頭座上，每個(gè)沖頭單元包括一個(gè)沖頭和一個(gè)與它協(xié)同動(dòng)作的通管針；一個(gè)夾持受體塊的裝置；一個(gè)用于在X軸及Y軸方向上使所述受體塊和沖頭座彼此相對(duì)位置有選擇重新定位的裝置；一個(gè)用于對(duì)所述受體塊和沖頭座托架在Z軸方向的彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向的裝置，該導(dǎo)向是通過對(duì)二者中的至少一個(gè)來實(shí)施；其中所述第一沖頭單元包括一個(gè)受體沖頭和與之相關(guān)的通管針，而所述第二沖頭單元包括一個(gè)供體沖頭和與之相關(guān)的通管針，所述供體沖頭具有一個(gè)大于所述受體沖頭的外徑的內(nèi)徑；其中，當(dāng)所述沖頭座位于所述第一位置時(shí)所述受體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)，而當(dāng)所述沖頭座位于所述第二位置時(shí)所述供體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，所述沖頭座可以繞著一條水平軸(X軸)至少在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間樞轉(zhuǎn)，同時(shí)沖頭可以徑向地從該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線徑向伸出。
3.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，所述沖頭座可以繞著一條垂直軸(Z軸)至少在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間樞轉(zhuǎn)，同時(shí)沖頭的方向與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行。
4.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，所述沖頭座沿著一條水平導(dǎo)軌可在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間作直線位移。
5.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，所述掣子或擋塊是機(jī)械掣子或擋塊。
6.如權(quán)利要求1所述的儀器，該儀器還包括一個(gè)裝置，該裝置用于相對(duì)至少一個(gè)掣子或擋塊對(duì)沖頭座的行程的限制進(jìn)行調(diào)整。
7.如權(quán)利要求1所述的儀器，該儀器還包括一個(gè)可移走的橋形板，該橋形板用于將供體塊支撐在受體塊的上方，或者相反。
8.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，所述通管針及沖頭具有近端部和遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端用來接觸所述塊體，當(dāng)所述通管針的遠(yuǎn)端處于完全伸出位置時(shí)它突伸出在所述沖頭的遠(yuǎn)端。
9.如權(quán)利要求8所述的儀器，該儀器還包括一個(gè)斷續(xù)電路，其中在所述通管針處于完全伸出位置該電路的電導(dǎo)通性和在所述通管針不處于完全伸出狀態(tài)下該電路的電導(dǎo)通性不同。
10.如權(quán)利要求1所述的儀器，該儀器還包括電磁的、液壓的或氣動(dòng)的致動(dòng)器裝置，該裝置用來在所述第一及第二位置之間位移所述沖頭座。
11.如權(quán)利要求1所述的儀器，該儀器還包括彈簧裝置，該彈簧裝置安排成將所述沖頭座牢固地保持在抵靠一個(gè)或多個(gè)所述掣子或擋塊的位置。
12.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中，至少有三個(gè)沖頭安裝在所述沖頭座上。
13.如權(quán)利要求2所述的儀器，其中，至少有三個(gè)沖頭安裝在所述沖頭座上。
14.如權(quán)利要求3所述的儀器，其中，至少有三個(gè)沖頭安裝在所述沖頭座上。
15.如權(quán)利要求4所述的儀器，其中，至少有三個(gè)沖頭安裝在所述沖頭座上。
16.如權(quán)利要求1所述的儀器，該儀器包括用來夾持多個(gè)受體塊的裝置。
17.一種用來構(gòu)筑組織陣列的儀器，該儀器包括用來定位第一材料塊體的裝置；可以至少在第一及第二位置之間樞轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)臂；支撐裝置，用于在X軸及Y軸方向上將所述樞轉(zhuǎn)元件相對(duì)于用于定位所述材料塊體的所述裝置進(jìn)行有選擇地定位；一個(gè)安裝在所述樞轉(zhuǎn)元件上的受體沖頭，該受體沖頭包括一個(gè)受體沖頭管及一個(gè)受體通管針，該通管針在所述受體沖頭管內(nèi)導(dǎo)向，所述受體通管針具有一個(gè)外徑，該外徑接近于所述受體沖頭管的內(nèi)徑；一個(gè)安裝在所述樞轉(zhuǎn)元件上的供體沖頭，所述供體沖頭包括一個(gè)供體沖頭管及一個(gè)供體通管針，所述通管針在該沖頭管內(nèi)導(dǎo)向，所述供體通管針具有一個(gè)外徑，該外徑接近于所述供體沖頭管的內(nèi)徑；其中當(dāng)所述樞轉(zhuǎn)元件位于所述第一位置時(shí)所述受體沖頭位于操作位置上，而當(dāng)所述樞轉(zhuǎn)元件位于所述第二位置時(shí)所述供體沖頭位于操作位置上。
18. 一種用來在一個(gè)受體塊中構(gòu)筑組織陣列的儀器，該儀器包括一個(gè)可以在Z軸方向上位移的沖頭座托架；一個(gè)沖頭座，該沖頭座安裝在所述沖頭座托架上，并至少可以在相對(duì)于所述沖頭座托架的第一及第二位置之間位移，所述位置由掣子或擋塊來準(zhǔn)確地確定；一個(gè)柔軟的管子；至少第一及第二沖頭，這些沖頭安裝在所述沖頭座上，每個(gè)沖頭具有一個(gè)空的中心通道，該通道與所述柔軟管子連通；在壓力的作用下的流體通過一個(gè)閥門進(jìn)入到所述柔軟管子中；一個(gè)壓力感應(yīng)裝置，該感受裝置與所述柔軟管子連接；用來夾持所述受體塊的裝置；在X軸及Y軸方向上將所述受體塊和沖頭座彼此相對(duì)重新定位的裝置；用于對(duì)所述受體塊和沖頭座托架彼此相對(duì)在Z軸方向上導(dǎo)向的裝置，該導(dǎo)向是通過對(duì)二者中的至少一個(gè)來實(shí)施；其中所述供體沖頭具有一個(gè)內(nèi)徑，該內(nèi)徑大于受體沖頭的外徑；其中，當(dāng)所述沖頭座位于所述第一位置時(shí)所述受體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)，而當(dāng)所述沖頭座位于所述第二位置時(shí)所述供體沖頭位于所述受體塊夾具的上方并與所述Z軸對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
一種簡(jiǎn)單而精密的用來構(gòu)筑組織陣列的儀器。此儀器包括多個(gè)沖頭(1,2),這些沖頭安裝在一個(gè)沖頭座(26)上,該沖頭座(26)可以在兩個(gè)精確確定的位置之間位移。儀器上設(shè)有機(jī)械掣子或擋塊(12)來機(jī)械地阻擋沖頭座(26)的運(yùn)動(dòng)以使其處于精確確定的位置上。這樣的布置使得該儀器與常規(guī)的直線位置精確定位裝置相比大大的節(jié)約了時(shí)間并提高了精度。只要簡(jiǎn)單地將沖頭座(26)從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置上,沖頭(1,2)中的任何一個(gè)即可迅速地進(jìn)入操作位置。
文檔編號(hào)C12M1/36GK1347448SQ00806458
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月5日
發(fā)明者S·B·萊頓 申請(qǐng)人:比徹儀器公司